《複雜 Complexity》聖塔菲風雲錄

整體的視野

北京一隻蝴蝶拍動翅膀會在德州引起龍捲風，假若有數千百雙翅膀在拍動，又會造成什麼天氣現象?當許多小的組成分子相互作用後，會讓整體「突現 Emerge」出新的反應，並在混沌及秩序的邊綠，達到某種平衡，美國新墨西哥洲聖塔菲研究院 Santa Fe Institute的科學家研究「複雜」，也開啟了一門新科學。

第一章 愛爾蘭的反叛英雄

亞瑟的困境，史丹福大學經濟學教授，他提出新經濟學的正回饋(報酬遞增)，強調經濟體系不穩定而且受到政治、文化的影響，會由小小的偶發事件，連鎖到整個市場。但新古典經濟學派，認為經濟永遠均衡，供給等於需求，自由市場會選最出色有效的產品，不好的產品必然被淘汏，而且傾向負回饋(報酬遞減)，沒有一家產品或公司可以獨佔整個市場。

第二章 諾貝爾大師的科學革命

柯文與他的夥伴們，為了要探討複雜系統，羅沙拉摩斯實驗室出身的科學家紛紛使出渾身解數，蘊釀跨學門的研究環境，建立聖塔菲研究院。但要以什麼方向做為首要一環?眾人邀請不同領域的人才，並說動花旗銀行的首席執行長(CEO)，前來參加研討會，談論經濟和各體系的複雜議題。

第三章 探索魔鬼的祕密

喋喋不休的考夫曼，生命是由意外和偶發事件所堆砌而成，由內在、深層的創造力所編織而成，從牛津哲學到加洲醫學之路，他迷上生物細胞的分化，每個細胞有許多調節基因，好像開關一樣能打開其他基因，那麼會連接遺傳迴路，整個系統就是有秩序的活動，但誰來維持?何時會出現?唯有在鬆散的遺傳連結網路、基因開關的秩序才會出現，也許必須先達到複雜性的臨界點，就會有自動催化的組織，一個轉換帶動另一個轉換過程，產生更多新變動。

第四章 你們真得相信這套嗎?

亞瑟的初登場，將經濟學與物理學，巧妙地結合成複雜系統的自我強化機制。

第五章 遊戲高手

賀南參與「旋風計畫 Whirlwind Project」，到IBM了解電腦程式的概念，思考腦子究竟如何學習，利用電腦模擬，就是把電腦看成染色體，生物一開始的演化過程到產生族群，還從遊戲中學習，模擬電腦思考的過程，因為玩遊戲要懂生存、預測，最後贏得比賽，但很多時候預測，並不完全是靠人類有意識的模擬外界狀況後所做的思考，例如螞蟻散發出費洛蒙，當尋找食物時，如果螞蟻爬向的濃度高的地方，就愈可能找到食物，這種對費洛蒙產生的行為模式，比有意識的思考行為來得更有利。中古時代的建築，不像現今能算出結構載重再施作建築物，而是依靠代代相傳的經驗法則預測可以承受的重量，仍然能屹立千年。賀南喜歡從萬物中擷取不同的主題，然後看看把它們整合在一起，會發生什麼事。

複雜適應系統：
1.每個議題的核心都自成一個體系，由許多「作用體agent」組成鬆散的網路，由下而上的作用體不斷發生作用，或對其他作用體起反應。

2.在組織上有許多不同層次，每一種層次的作用體都是更高層次作用體的基本單位。透過相互適應、對抗，這些作用體會不斷自我組織，或重組成巨大結構，新產生的結構都會形成新的行為模式，也就是突現。

3.所有系統都能預測未來，在運作累積相當經驗後，會不斷修正錯誤或重組單位，適應整個環境，有適應能力的作用體必須善於外界環境傳達給它的訊息，訊息的意義之所以突現，是因為訊息引發某個作用體去啟動另一個作用體，當接收到條件符合的訊息，作用體才會發生作用，一個規則開始後，很可能就會啟動整個系統。「若…則…」規則(if…then rule)，例「若A則B，若B則C，若C則D….」，不同作用體的規則可能會不一致，若系統在真實世界歷練，能存活下來就是獲得正回饋，不斷改進就是演化。

第六章 混沌邊緣的生命

嬉皮科學家蘭頓，經歷反戰、「生命遊戲」、意外重傷，最後找到追求的目標，把人類演化理論整合成複雜科學，這其中蘊藏著統一性、元素組合、結構演化，及複雜系統獲得生長及生存的能力，如果能以正確的方式觀察，那麼就能掌握到演化的要義。於是蘭頓投入「細胞自動機」的實驗操作。由於生物自我複製極其複雜，必須其中運作流程的抽象法則，變成正確的電腦程式，無論自然還是人工，任何自我複製系統都必須扮演兩種不同的角色，一方面扮演程式的角色，製造後代的過程中執行的某種演算法，另一方面是能被複製並遺傳到下一代的被動描述性資料。而細胞自動機的形式，是一個以程式設定的宇宙，由宇宙時鐘來定義時間，由一個個分立、格狀的小細胞界定空間，每個細胞都是一個有限的自動機，只存在一種狀態下，時鐘每動一下，自動機就會由目前狀態和鄰居的狀態所決定，而轉換到新的狀態。因些這個宇宙的定律就是針對鄰居的狀態改變。這個系統自成一體，所以在沒有外界程式操控下，細胞自動機也能展現自我複製的現象。

四種普遍性規則：
1.    第一級：無論開始時，細胞表現什麼狀態，在一、二個時步內，一切都會滅亡
2.    第二級：細胞隨機散置的最初形態，會很快合併成一組靜止的塊狀，另外幾塊則會週期性振動，仍給人停滯、死亡的印象。
3.    第三級：過度生氣蓬勃，這些規則會產生許多活動，一切都不穩定而不可預測，也就是混沌狀態
4.    第四級：既不是停滯的塊狀，也不是全然的混沌，而是會產生連貫性的結構，以一種奇妙的複雜的方式繁殖、成長、分裂並重新組合。

用對應的方式來比喻：
細胞自動機：Ⅰ及Ⅱ→「Ⅳ」→Ⅲ
動力系統：秩序→「複雜」→混沌。
物質變化：固態→「相變」→液態。
計算理論：停止halting→「生命/智慧」→不停止nohalting。
生命：過度靜止too static→「生命/智慧」→過度吵雜too noisy。

第七章 玻璃屋經濟

亞瑟的經濟學研究，採用賀南的分類者系統，當經濟不再維持理性、穩定的狀態，作用體將如何反應?有適應能力的作用體只會對報酬有反應，他們不需要假設報酬從何而來，因為系統不斷測試，哪些反應可得到報酬，既使面對沒有價值的資訊或是外在環境的改變，系統仍會繼續學習。但是系統仍然依賴程式的幕後設計來運作，作用體之所以能獲得報酬，是因為指定了輸贏的狀況。「艾可Echo」系統去除了外在報酬的條件，改由內部產生報酬，作用體在環境中漫遊，搜尋現有資源，當作用體相遇時會選擇戰鬥，如果攻擊對手獲勝後，則可得到對方的資源，有了充足的資源後才可複製繁殖，創造新的作用體。

在真實世界的適應度並不是一個固定的數字，任何有機體的生存，都要視它生存的環境所影響，生態系的有機體不是單純的演化，而是「共同演化coevolve」，在大自然中，花要靠蜜蜂來協助受粉，而蜜蜂則靠花蜜維生，彼此不但高度適應，同時也適應環境。賀南也不斷改進艾可系統，甚至加入讓作用體會彼此合作、競爭，因此不必設定誰最優秀，一切交給系統去決定。

第八章 等待卡諾

生命不是物質表面的特性，而是物質的組織，人工生命的運作原則是，生命的定律一定是以變動的形式的存在。無論機器所用的材質的什麼，機械流程的精髓是抽象的控制結構，能夠以一組規則來表現的程式，生命體系是機器，不像由設計師從上而下的設計，生命體系似乎都從底部向上發展，從簡單的系統中突現整體的結構，複雜的行為來自簡單的根源?(少即是多?)。相互連結的「節點」網路來代表一群相互反應的作用體，因些此力量蘊藏在連結點之中，而非節點(個別的作用體)，整體的行為幾乎由連結點來決定，生命的意義在於組織，而不在分子，生命或心靈的神祕是在秩序和失序之間的某種「混沌邊緣」產生。如果系統顯現出大小不等的變化和騷動，而且變動的規範遵循幂律，那麼這系統就是在臨界狀態(混沌邊緣)，演化系統一方面自我組織成新的結構，另一方面又把自我推到混沌邊緣，故我們目前所生存的世界由是我們自已塑造，我、你和金魚，都是宇宙的一部分。

第九章 複雜之道

哲學的根本問題是「存在」，我們活在世上是為了什麼?宇宙為什麼會形成結構和秩序?為什麼會有意識?複雜科學的觀點其實是道家「無為而治」的思想，無為並不是什麼都不去做，而是讓整體自我組織，進而突現出結構，也就是宇宙運行的法則，是故「道生一，一生二，二生三，三生萬物」。經歷草創、建立而大成的聖塔菲院長柯文，決定卸下職位，專心從事研究，眾人爭論日後的方向與繼承者，也在最後一章做出總結，未來不會停止變動，也不可預測狀況，但複雜適應系統或許可以幫助描繪出未來的藍圖。

以故事性來說，《複雜》比《混沌》來得好看，因為內容以聖塔菲為主線，除了有研究院創立的過程，並用淺白的文字解釋複雜系統的理論，每章大概會有一到二個科學家的研究，穿插描述他們的心路歷程，每個過程環環相扣、一脈相連，就像和書中的角色們一起思考，若沒有這些鋪陳，單單解釋複雜系統，或許並不能產生太多共鳴和趣味性。而且看完大概會很羨慕，能在如此環境下，互相研討啟發，也有可能是作者過度美化的結果，總覺應該會啥科學家鉤心鬥角之類的伏筆，但是書裡的人物都光明正大地不可思議誒。